空气源热泵供暖系统的末端设备设计

 

一、热泵供暖末端设备

二、末端设备热媒温度

 

空气源热泵供应的热水温度越高，能效比越低，表1是空气源热泵在某一工况下出口热水温度升高COP的变化情况。热泵供暖末端采用的地板辐射供暖、散热器供暖、风机盘管供暖由于散热方式不同，采用的热水温度也有所不同。

表1 空气源热泵出口热水温度与COP变化情况

 

 

GB 50736－2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第3.1.1条规定：热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃，供回水温差不宜大于10℃且不宜小于5℃。民用建筑供水温度宜采用35℃～45℃。

 

JGJ 242－2012《辐射供暖供冷技术规程》中规定：热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35℃～45℃，不应超过60℃；供回水空气源热泵供暖技术应用分析温差不宜大于10℃，且不宜小于5℃；风机盘管供暖一般采用的热水温度进水60℃，回水50℃；对于空气源热泵供暖进水温度为45℃，回水温度为45℃。地板辐射供暖、风机盘管供暖热水温度对于空气源热泵供暖具有合理的能效比。

 

GB 50736－2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第5.3.1散热器供暖系统应采用热水作为热媒；散热器集中供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85℃，供回水温差不宜小于20℃。对于散热器集中供暖，空气源热泵供暖热水温度按75℃/50℃设计仍使能效比处在不合理的工况下。

然而，通过对供暖系统的实际运行调查，目前北方地区大多数城市集中供热系统运行参数，就是在最冷月运行参数也远远小于设计工况。对北方几十个城市调查结果是：二次网供水温度约在47℃～63℃，回水温度约在40℃～50℃，运行温差约为7.8℃～14.7℃，温差均小于设计温差20℃。图1是哈尔滨某小区测试整个供暖季温度变化曲线，供暖初期供热温度低于40℃，最冷天气供热温度为60℃。

 

空气源热泵的最佳工作状态是提供50℃以下的热水。以往空气源热泵用于建筑采暖不成功的原因之一，就是在于供暖散热器要求热水温度为80℃，在这种工作状态下，空气源热泵的能效比太低，不经济。散热器低温供暖研究认为：60℃/45℃具有技术经济合理性和可行性。而针对空气源热泵供暖热媒参数完全可以降至和生活热水供应的温度一致。

 

 

图1 哈尔滨某小区供暖期测试温度变化曲线

 

三、空气源热泵供暖末端设计

 

空气源热泵供暖具有诸多优点。但使用受到环境温度的限制，不同区域、不同末端装置设计时应考虑以下问题。

 

室内供暖计算温度：根据GB 50736－2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定，南北方室内设计温度不同：严寒和寒冷地区主要房间应采用18℃～24℃；夏热冬冷地区主要房间宜采用16℃～22℃。

 

选用末端设备时应考虑房间功能、生活习惯和运行方式，从舒适性和经济性方面考虑，选择适合住户需求的地板辐射供暖、风机盘管供暖、散热器供暖形式。新建与既有建筑增设供暖设施要加以区别：新建住宅可完全按设计规范规定进行，而既有建筑增设供暖设施要考虑住户的具体要求，可进行局部主要房间加装供暖设施。既有建筑增设地板辐射供暖时应考虑荷载，尽量采用干式地板供暖，并考虑局部供暖和家具摆放遮挡。地面饰面层应采用热阻小的材料。各环路长度应尽可能一致，并加设调节和环路关断阀门。加热管布置方式可采用图2的形式。

   

（a）

（b）

（c）

图2 加热管布置方式

 

风机盘管冷暖两用，供水温度可降低，用于住宅供暖时宜立式安装，宜靠外窗设置。散热器用于空气源热泵供暖系统，热媒温度可降低与热水供应温度55℃一致。其散热量计算完全可按各类散热器给出的实验公式，代入ΔT℃进行计算即可。图3是对同一组散热器分别对温差ΔT=15℃～65℃进行分段实验和连续实验的结果，低温工况的散热量可视为ΔT=40℃～65℃试验曲线的延长线。

 

 

图3 散热器热量实验公式

 

散热器供暖按低温参数设计，会增加散热器数量，但是低温供暖的特点是舒适和节能。

 

对于分户独立供暖系统，考虑到管道布置、家具摆放和空间使用等因素，散热器完全可在内墙布置，不必强调靠外窗布置。

 

空气源热泵同时用于生活热水供应和供暖应对生活热水单独设置管道，避免对供暖系统产生腐蚀。对于分户独立闭式系统几乎可以不顾虑散热器的腐蚀问题，由于供暖的热负荷计算是按累年平均不保证5d统计确定的供暖室外空气温度计算参数，因此，当室外温度减低房间需要供应的热负荷增大，而空气源热泵COP值会下降时，为解决这一矛盾，必要时应考虑采取耦合热泵系统优势互补或辅助热源的经济可行性。

 

对于空气源热泵作为集中供暖的热源，由于空气源热泵的特点，为减少输送热损失和管网造价，不宜较长距离输送热媒。